[实用新型]一种稳恒磁场辅助激光熔覆装置

说明书

技术领域

本实用新型旨在公开一种稳恒磁场辅助激光熔覆装置，属于表面改性技术领域。

背景技术

激光熔覆技术是通过高能密度的激光束使熔覆粉末与基材表层熔凝，形成牢固的冶金结合的改性涂层。其目的在于改善基材的耐磨、耐蚀、耐热、耐疲劳和高温抗氧化性能。但因其本身急热骤冷的特点，形成的熔覆层组织极易产生裂纹和气孔等缺陷，导致激光熔覆技术的工业化应用受到一定限制。因此，改善激光熔池凝固特征进而改善熔覆层组织已成为亟待解决的重要问题。而磁场辅助激光熔覆工艺能实现无接触式外场作用液态金属熔池，通过改变激光熔池熔体对流和结晶特征，达到优化涂层性能的目的。

在金属凝固过程中施加磁场是改善组织结构、提高机械性能的有效方法之一。在上述磁场辅助激光熔覆的专利中，主要涉及稳恒磁场、交变磁场和旋转磁场对激光熔覆过程的作用。专利CN102703898和专利CN102703897中公开的交变/旋转磁场能对熔池熔体产生电磁搅拌从而强化对流，达到细化组织、缓解裂纹、气孔及均匀组织成分的目的；专利CN103741138中公开的静态磁场在辅助激光熔覆过程中通过抑制熔体对流，达到调控金属凝固组织并优化性能的目的。虽然该发明巧妙地设计了一种装置实现磁场和激光束的同轴复合，但如专利CN103741138中的图1所示，由于励磁线圈3缠绕导磁铁芯4放置于同轴激光器通道1末端，故存在以下几个方面问题：

（1）在专利CN103741138的图1中4位置易于产生磁屏蔽，且熔覆基材5并非处于磁场强度大的区域，即使装置能在该专利给定条件下（励磁电流0~5A）产生较大磁场，处于装置下方的熔覆基材5实际受到磁场作用甚微，磁场辐照区域也非常有限；

（2）在专利CN103741138的图2中，励磁线圈3、导磁铁芯4放置于同轴激光器通道1末端，而如此狭小的空间内通过有限的励磁线圈较难达到很高的磁场；

（3）置于同轴激光器通道1中的磁场装置处工作状态时易发热，不利于激光器长时高功率稳定可靠运行。

上述几方面的不足，导致静态磁场对激光熔池熔体的作用效果甚微，甚至难以实现磁场对激光熔覆涂层的有效作用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种辐照范围大、磁场强度高的稳恒磁场发生装置，磁场发生装置与激光熔覆设备配合，直接作用于熔覆层两侧，使得整个熔覆层的形成全过程在磁场作用下进行；通过改善熔覆层内液态金属的对流和结晶特征，从而优化激光熔覆涂层的组织结构和涂层表面综合性能。

本实用新型提供一种稳恒磁场辅助激光熔覆装置，在现有激光熔覆装置的数控机床3上方设有支架8，支架8上设有磁场发生装置6，磁场发生装置6与直流电源7连接；磁场发生装置6的中间设有试样夹具4，试样夹具4位于激光枪头11的正下方，试样夹具4的下端固定于数控机床3上，可以数控机床一起移动，激光熔覆装置的同步送粉器9与储气罐10连通作为保护气体输送装置使用。

优选的，所述激光熔覆装置包括冷却器1、数控操作台2、数控机床3、同步送粉器9、储气罐10、激光枪头11、激光器12，括冷却器1、数控机床3、同步送粉器9均与数控操作台2连接，冷却器1与激光器12连接。

本实用新型所述磁场发生装置6与直流电源7相连，产生稳恒磁场作用于熔覆层两侧，数控操作台2控制激光器12发生激光作用于熔覆基材5表面，激光熔覆过程在稳恒磁场辅助下进行。

所述试样夹具为45钢材料的自制部件，目的是保证在施加稳恒磁场时，具有磁性的基材不致因磁场作用而产生偏移。

所述磁场发生装置6与直流电源相连，产生一定强度的稳恒磁场；改变直流电源励磁电流大小，获得相应强度的稳恒磁场作用于熔覆层两侧。

在激光熔覆实验之前，需将熔覆基材表面进行打磨、并依次用丙酮和无水乙醇超声波清洗干燥待用；将熔覆合金粉末干燥冷却后以一定比例与粘接剂混合预置于熔覆基材表层并干燥，或采用同步送粉式将干燥后的合金粉末装入同步送粉器中。

在激光熔覆过程中，将熔覆基材固定在试样夹具上，试样夹具置于磁场一对磁极之间并与其轴向垂直，调整试样夹具高度使得预置层恰好处于磁场发生装置的磁极中心轴处；激光束聚焦后辐照于基材表面，调节直流电源励磁电流，获得一定强度的稳恒磁场，磁场方向与激光熔覆的扫描速度方向相垂直；通入保护气，数控操作台控制数控机床移动，获得在稳恒磁场辅助下的激光熔覆复合涂层。